1、華蛀電力*芳課程設計報告（20132014年度第一學期）名稱：過程參數檢測及儀表題目：第二類命題的計算院系：控制與計算機工程學院班級：學號：學生姓名：指導教師：段泉圣設計周數：一周成績：日期：2014年1月14日一、課程設計的目的與要求1通過本次課程設計，加深口己對課程中理論棊礎的理解，掌握設計過程參數檢測系統的基 本思路、設計手段以及設計方法。2. 掌握節流變壓降流量測量系統的組成，各部分功能以及節流裝直的計算。3. 掌握標準節流裝置第二類命題的設計與計算。4能根據實際工程情況設計合理的流量檢測系統。二、設計正文1設計題目己知：被測流體（水蒸氣）及工作壓力卩、工作溫度人、最大流量癲、常用流量

2、乞曲、 最小流聚罰、管道材料、內徑/）20、節流件前示管道及阻流件的情況。給出的限制條件 有最小直管段l< lx （實際直管段長度）；壓力損失< awv要求完成以下工作：（1）選擇節流件形式（類型、取壓方式）；（2）選擇差壓計；（3）計算 c、£、0、2（）；（4）計算所需最小直管段厶、1、【2；（5）計算最人壓損樣和，并驗算vmax u'py；（6）計算所設計的節流裝置的測量不確定度；本題的設計要求如下:序號項冃符號單位數值1被測介質名稱過熱蒸氣2流量測量范圍最大qmmaxt/h250正常qmcht/h200最小qmmint/h803工作圧力（表壓力）plmpa

3、2.14丄作溫度ti°c3105允許的壓力損失a©,kpa566管道內徑（20°c的實測值）d2omm5007管道材質a3號鋼8節流件材質lcr18ni9ti 不銹鋼9取壓方式法蘭取壓10節流件形式標準孔板管路形式:rt個4v丿丿2設計中各參數定義參數符號參數含義c一次裝置流出系數k相對粗糙度0直徑比d孔板開孔直徑£流休膨脹性系數管道的線膨脹系數一次裝置的線膨脹系數k等炳指數3 具體設計過程：(1) 工作狀態下各介質參數：(1.1) 根據介質工作狀態下表壓力p=2必,大氣壓力幾=0必，絕対壓力好=斥 + £=2.1 + 0.1 = 2.2必再由

4、介質工作溫度tl=310°c,查表可得工作狀態下水的密度p, =8.64118kg/m3,動力粘 度 77 = 2o.78xlo_6pa-s；(1.2) 根據管道材料為3號鋼制作的新的無縫鋼管和工作溫度310°c,查表得管道材料的線 膨脹系數血=13.60x10"/°c。(1.3) 過熱蒸汽的等爛指數 = 1.3。(2) 計算工作狀態下的管道直徑：根據如下公式計算管道直徑：d= 60 1+局(/-20)=500x 1 + 13.60x10_6x(310-20)=501.97mm(3) 計算常用流量和最小流量下的雷諾數：根據如下公式計算redch兀de4x

5、2000007i x 501.97 x 1 o'3 x 20.78 x 10-6 x 3600= 6.781xl06= 2.713x1()64x80000trx501.97xl0-3x20.78xl0_6 x3600(4) 一次裝置的選定：根據題中所給出要求，一次裝置的形式為標準孔板，取壓方式為法蘭取壓(5) 差壓計的選擇滿刻度流量值：喚x:q爲x的確定是根據用戶給出的最大流®wmax向上関整到系列值中的臨近值。qk =t7xl 0"a = l,1.25,1.6,2,2.5,3.2,4,5,6.3,8本例屮最人流最為250t/h,因此流最計的刻度上限q*m max定

6、為250t/h；型號：差壓計的類型要根據使川條件與測量量精度進行選取。電容式差壓變送器穩定性與準 確性都較高，因此木題屮選擇dp1151電容式差壓變送器檢測芳壓信號。對應的mux的確定：節流件形式為標準孔板apmax = 2.5a® = 2.5x56 = 14(rpa圓整要求:(1,1.6,2.5,4,6)x10"根據圓整要求，另a = i.6，則 pmax = 160ma。參考書本屮附表的內容，可選用1151dp電容式差壓變送器，其量程范圍為 (317519050)x9.81 ,耐靜壓值為14mp,精度為土0.2,差壓計的量程調在 0160kpa o驗算： mnax /

7、p! = 160 x103 / 2.1x106 = 0.07619 < 0.25 ,符合規定(6) 計算常用流量卜的差壓值a=(4)2apnlax4 m max,200x103 2250x10°x 160 = 102.4 kpa(7) 迭代計算b值和d值t.求不變量a:將流量公式：q w( 心戸亡山“小 屮已知數移至等號一jl-0 4邊，形成一變量a ,即：h q meh彳叭2 口出200000/3600心4x(501.97x10尸 x72x8.64118x102400= 0.211023ii.假定初始值c。二1; % = 1，并根據公式逐個計算參數： 根據公式xn =-可得：

8、n廠c”一 16一1i % -=呼2v 2 根據公式：日時）“可得:肚（去宀（蠱膽）'_ °曲96 對于過熱蒸汽，可膨脹性系數£ = 1 (0.41 + 0.35窗)血/® = 0.984061 根據公式：c = 0.5959 + 0.031202一 o. 184008 + 0.002902 §(1 ()6 / re)°75+2 286004/d( 1 04)0.85600/ d=0.601658 根據公式：d)n = a-xncn£t1 就可通過前面確定的參數xn,c,fl 計算出每一次的壓力損失戈iii.按照上述公式進行迭

9、代計算：從/7 = 3起進行迭代計算，x”用快速弦截法公式：yyx" = x,8n .t心一 °"-2進行迭彳弋計算，粕度判別公式為en =8 j a ,假設判別條件為en <1x10 7（z7 = 1,2,），迭代計算結果如下表所示表一:程序迭代結果n1234x0.211023000.356416390.355426900.3554233500.454396090.579421640.578707220.57870465c0.601658210.603904610.603899370.60389936£0.984061560.983141510.

10、983148790.98314882d0.086082885.89858205x10'42.11187491x10-61.03066943x10°e0.407931270.002795231.00077949x1 o'51.03066943x10"°當/7 = 4時，求得的e小于預定精度，由此可得：0 = 04 =0*57870465c = c4 =0.60389936tv求d廠根據公式4 = 00 = 501.97 x 0.57870465 = 290.492047mm(8) 驗算壓力損失:根據公式: % = (1 - 1-9)pch = (1

11、- 0.578704651-9) x 102400 = 66.178429> coy 壓力損失驗算不合格；差壓法流量測量中不口j避免地存在一定的壓損，下圖中的p2-p3為流體通過節流裝置時產生的壓損：根據gb2624-93中標準節流裝置的設計原理可知，管道流經標準孔板的壓力損失為：式中：卩節流件內徑與管道內徑之比d/d； p流量差壓；從上式中不難看出，在一定的流體情況下，差壓4p越大，壓損越大;“值越小, 壓損越大。由于差壓ap,直徑比0與節流件的給定參數、約束條件相關，例如管道屮的流最范i韋i, 工作圧力與工作溫度等。具體的分析過程如下： 從流量q的角度考慮：管道內流束的流量直接影響著

12、壓差乙，適當減小管道內 正常流量乞訕，可減小切，從而減小壓損 從工作壓力人的角度考慮：若其他條件不變，提高管道工作壓力斥，則過熱蒸汽的 密度。增大，a值減小，x減小，直徑比”值減小，壓損會相應的增加。因此為了減小壓 損以符合要求，可適當降低管道工作壓力。 從工作溫度/的角度考慮：其他條件不變，適當提高管道t作溫度t,流束密度q減 小，a值增加，x增加，肓徑比”值增加，壓損會相應的降低。因此為了減小壓損以符合要 求，可適當提高管道工作溫度。(9) 驗算流量：久=°0°4c7t-040號0你0.603899 乂q 983h8x290.4920472 x7102400x8.641

13、18 = 2000069.1303kg/hvl-0.5787044(10) 確定 a。：選用的孔板材料為lcj8ni9ti，溫度t=310°c,查表可得節流件線性膨脹系數290.492047嘉=17.50x10'/c根據公式：6/20廠,289.025244mm1 + (/-20) 1 + 17.50xw6(310-20)j(11) 確定安裝位置：根據0 = 0.578704 < 0.60和管路系統，上游側第一阻力件為90°彎頭，上游側第二阻力件 為90。彎頭，查表可得：/0=18£>/= 9.03546m厶=260 = 13.05122m/2

14、=7dz= 3.51379m標準孔板対管段粗糙度的限制可由表7-4查出，對于0 = 0.578704 < 0.60，采用法蘭取壓 時相對粗糙度上限值為：4.2x1ct4,則管壁的絕對粗糙度應滿足：ks < x 4.2 x 1 o'4 = 501.97 x 4.2 x 10° = 0.211mm查表可得新的無縫鋼管的絕對粗糙度ks = 0.05mm0.100mm < 0.221mm，因此選擇無 縫鋼管能完金滿足管壁粗糙度的耍求。(12) 計算流量測量總不確定度對于標準孔板，由0 = 0.578704 v 0.6,可采用下而的公式計算不確定度： 流出系數c的不確

15、定度：05 0.6時，/c = ±0.6% 流束膨脹系數的不確泄度：7 = 吟=如罟券 =如95048% 置信概率為95%。 節流件孔徑的不確定度:二±0.05%,置信概率為95% 管道直徑不確定度: 密度的不確定度:假設溫度，壓力的測量不確定度為±1%,則=±1%p 差壓的不確定度：選定的差壓變送器為0.2級，則差壓測量的不確定度：如=?x選擇節流件形式：標準孔板 法蘭取壓x0.2%xl60000 = 0.21%p 3 102400總的不確定度:/± （0.6%）24-（0.195048%）2 +、2 z11-04 丿、26* d丿2x0.5

16、78704八1 0.5787044 丿（0.1%）2 3 +u-0.5787044917 i（0.05%）+-（0.21%）+-%0.:= ± 0.973255% 4.結論總結(5 )計算最大壓損aiax ,并驗算aax 5 a叫：pmax = 160kpa 驗算壓力損失不合格，經分析通過以下方式改進:適當減小管道 內正常流量気滋、適當降低管道工作壓力、適當提高管道工作溫度(6)計算所設計的節流裝置的測最不確定度：仏=± 0.973255%5用matlab實現的源程序：迭代：clc;clearformat longa=0.211023;c=l;e=l;re=6.7481*1

17、0a6;d=501.97;m=0.0487619;x=a/c/eb=( (x*x)/(l + x*x)a(025)c=0.5959+0.0312*ba2.1-0.1840*ba8+0.0029*ba2.5*(10a6/re)a0.75+2.2860*ba4/ (d* (l-ba4)-0.8560*ba3/de=l-(0.41+0.35*ba4)*m/1.30q=a-x*c*een=q/axl=x,ql=q;x=a/c/eb=( (x*x)/(l+x*x)a(0.25)c=0.5959+0.0312*ba2.1-0.1840*ba8+0.0029*ba2.5*(10a6/re)a0.75+2.2

18、860*ba4/ (d* (l-ba4)-08560計3/de=l-(0.41+0.35*ba4)*m/l.30q=a-x*c*een=q/ax2=x;q2=q;n=2;while(abs(en)>l*10a(-7)x=x2-q2 *( (x2-xl)/(q2-ql)xl=x2;x2=x;b= ( (x*x)/ (l + x*x)a (025)c=0.5959+0.0312*ba2.1-0.1840*ba8+0.0029*ba2.5*(10a6/re)a0.75+2.2860*ba4/(d*(l-ba4)-0.8560*ba3/de=l-(0.41+0.35*ba4)*m/1.30q=a-x*c*eqi=q2；q2=q；en=q/an=n+l;end不確定度:format longxl=(0.8)a2+(0.19504 8)a2+2*0.5787a4/(1-0.5787a4)* (0.1)a2 + 2/ (1-0.5787a4)* (0.05)八2 + 0.25* (0.21)人2 + 0.25x2 = sqrt (xl)6設計流程圖三課設心得木次課程設計是木學期最后一門課程設計，經過對第二類命題設計的計算，我冇以下體 會